(57)【要約】  【課題】簡単な構造で、高トルク化と低コスト化、並びに、小型化及び薄型化を同時に達成することができるようにする。  【解決手段】径方向周面に所定ピッチでＮ極とＳ極が交互に着磁されている円筒状の永久磁石１８を回転軸１７で支持してなる回転自在なロータ３と、永久磁石１８の磁極ピッチに応じた所定のピッチを有して櫛歯状に配列された複数の極歯６を有し、該極歯を交互に噛み合わせてなる１組の環状のステータヨーク７，８を備えるステータ２と、該各ステータヨーク７，８の各極歯６を互いに異極に励磁する励磁コイル１０とからなり、永久磁石１８を環状のステータヨークの外側に配置するとともに、該ステータヨーク７，８の各磁極６を永久磁石１８の内周面と対向するようにして、該ステータヨーク７，８の外周面側に設けてなる構造にした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
径方向周面に所定ピッチでＮ極とＳ極が交互に着磁されている円筒状の永久磁石を回転軸で支持してなる回転自在なロータと、前記永久磁石の磁極ピッチに応じたピッチを有して櫛歯状に配列されている複数の極歯を有し、該極歯を交互に噛み合わせてなる１組の環状ヨークを備えるステータと、該各環状ヨークの前記極歯を互いに異極に励磁する励磁コイルとからなり、前記円筒状の永久磁石を前記環状ヨークの外側に配置し、かつ、前記環状ヨークの各磁極を前記永久磁石の内周面と対向する外周面側に設けてなることを特徴とするステッピングモータ。
【請求項２】
上記ロータを、上記回転軸と、該回転軸に一体回転可能に取り付けられた円板と、該円板の表裏面に分かれて配置され、それぞれ一端側が前記円板に固定され、他端側が開放されてなる１対の上記環状の永久磁石とで構成し、かつ、上記環状ヨークを２組備え、該各組の環状ヨークを、前記円板を境にそれぞれ表と裏とに分かれて配置し、該各組の環状ヨークをそれぞれ表裏異なる方向から開放口を通って前記永久磁石内に挿入収納してなる請求項１記載のステッピングモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はステッピングモータに関するものであり、特に、径方向周面に所定ピッチでＮ極とＳ極が交互に着磁されている円筒状の永久磁石を有するロータと櫛歯状に配列された極歯を交互に噛み合わせてなる１組の環状ヨークを有するステータとを備えるステッピングモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、永久磁石型ステッピングモータは、その制御性の良さから、各種のアクチュエータ部品として利用範囲は拡大の一途をたどっている。
【０００３】
永久磁石型ステッピングモータの多くは、２相の励磁コイルと、これら励磁コイルに対応して互いに積層配置されて、各相毎に櫛歯状に配列された極歯を交互に噛み合わせて組み合わされた２相の環状ヨークと、これら環状ヨークの中空部内に回転軸を介して回転自在に軸支され、かつ、環状ヨークの極歯に対応する磁極(Ｎ極，Ｓ極)を径方向周面に一定ピッチで交互に異極着磁してなる回転永久磁石(ロータ)とから構成されている。そして、各励磁コイルへの位相をずらしたパルス信号入力による、環状ヨークの極歯に形成される励磁極とロータの磁極との磁気吸引力または磁気反発力によって、ロータを一定の回転角だけ回転移動させるものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、従来におけるステッピングモータの多くは、環状ヨークの中空部内に回転永久磁石を配置させたインナーロータ型の構造を採用しており、環状ヨークの外側に回転永久磁石を配置させた、所謂、アウターロータ型のステッピングモータは存在していない。
【特許文献１】特開平１０−９４２３６号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、従来における径方向周面に所定ピッチでＮ極とＳ極が交互に着磁された円筒状の永久磁石を有するロータと櫛歯状に配列された極歯を交互に噛み合わせてなる１組の環状ヨークを有するステータとを備えるステッピングモータでは、環状ヨークの外側に回転永久磁石を配置させたアウターロータ型のステッピングモータは存在していなかった。このため、次のような問題点があった。
【０００６】
(ａ)円筒状の永久磁石は、環状ヨークの内周に収まる大きさにしなければならないので、永久磁石自体の大きさが小さくなり、これに伴って永久磁石の周面に着磁される極ピッチも小さくなり、高トルクが得られにくい。
(ｂ)着磁器で着磁作業をする際、円筒状永久磁石の筒内に着磁器の一部を挿入させて作業をすることになるが、円筒状永久磁石の内径寸法が小さいので、永久磁石用の材料をセットする作業がしづらく、作業性が悪い。
(ｃ)極歯は環状ヨークの内周部に形成するため、加工の自由度等に制約を受け、薄型化がしにくく、また金型も高価なものになり、コストアップの原因にもなっている。
(ｄ)極歯の歯幅を永久磁石の極ピッチよりも小さくしなければならないので、極歯面積が永久磁石の極面積よりも小さくなり、永久磁石の磁力を１００％有効使用することができない。
(ｅ)励磁コイルの巻線スペースが小さく、励磁コイルの温度上昇がし易い。
【０００７】
そこで、簡単な構造で、高トルク化と低コスト化、並びに、小型化及び薄型化を同時に能にすることができるようにするために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本
発明はこの課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、径方向周面に所定ピッチでＮ極とＳ極が交互に着磁されている円筒状の永久磁石を回転軸で支持してなる回転自在なロータと、前記永久磁石の磁極ピッチに応じたピッチを有して櫛歯状に配列されている複数の極歯を有し、該極歯を交互に噛み合わせてなる１組の環状ヨークを備えるステータと、該各環状ヨークの前記極歯を互いに異極に励磁する励磁コイルとからなり、前記円筒状の永久磁石を前記環状ヨークの外側に配置し、かつ、前記環状ヨークの各磁極を前記永久磁石の内周面と対向する外周面側に設けてなるステッピングモータを提供する。
【０００９】
この構成によれば、円筒状の永久磁石をステータの外側に回転可能に配置する構造とすることにより、永久磁石の径を大きくすることができる。これに伴って永久磁石の周面に設ける磁極のピッチも大きくなり、高トルクが可能になる。また、永久磁石の製造時において、着磁器に対する永久磁石材料の着脱も簡単になる。
【００１０】
一方、極歯は環状ヨークの外周部に形成するため、加工の自由度が得られ、極歯ピッチを狭めた構造にする加工や、極歯を小さくした構造にする加工等が簡単に行え、小型化と薄型化が可能になる。また、金型構造も簡単で、安価にできる。
【００１１】
さらに、永久磁石の磁力無駄がなくなり、１００％に近い状態で有効に利用することができる。これにより、永久磁石自体の等級（グレード）を落としてコストの低減を図ることや、極歯側の改善による小型・薄型化と共に永久磁石の改善による小型・薄型化も可能になる。
【００１２】
また、環状ヨークを永久磁石の内側に配置することによって、励磁コイルを配置するスペースも大きく確保できるので、部品の配置密度を緩和して励磁コイルの温度上昇を抑えることができる。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１において、上記ロータを、上記回転軸と、該回転軸に一体回転可能に取り付けられた円板と、該円板の表裏面に分かれて配置され、それぞれ一端側が前記円板に固定され、他端側が開放されてなる１対の上記環状の永久磁石とで構成し、かつ、上記環状ヨークを２組備え、該各組の環状ヨークを、前記円板を境にそれぞれ表と裏とに分かれて配置し、該各組の環状ヨークをそれぞれ表裏異なる方向から開放口を通って前記永久磁石内に挿入収納してなるステッピングモータを提供する。
【００１４】
この構成によれば、各組毎の環状ヨークを、ロータの相対向する側から、対応する各円筒永久磁石内に各々組み込み、ロータとステータとを簡単に組み立てることができる。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１記載の発明は、磁極の極ピッチが大きく、またこの磁極に合わせて極歯の形状を大きくすることができるので、永久磁石の磁力無駄がなくなり、１００％に近い状態で有効に利用することができるから、高トルクのステッピングモータが得られる。
【００１６】
また、永久磁石の磁力無駄をなくして使用することができるので、永久磁石自体の等級（グレード）を落としてコストの低減を図ることや、極歯側の改善による小型・薄型化と共に、永久磁石の改善による小型・薄型化も可能になる。加えて、永久磁石の製造時において、着磁器に対する永久磁石材料の着脱も簡単になるので、作業性が改善され、コストの低減がさらに可能になる。
【００１７】
さらに、環状ヨークを永久磁石の内側に配置することによって、励磁コイルを配置するスペースも大きく確保できるので、部品の配置密度が緩和されて、励磁コイルの温度上昇を抑えることができる。
【００１８】
請求項２記載の発明は、各相毎に組み立てられた環状ヨークを、ロータの相対向する側から、対応する各円筒永久磁石内に各々組み込むことにより、ロータとステータとを簡単に組み立てることができるので、組立作業性が改善され、請求項１の発明の効果に加えて、さらにコストを下げて、安価に提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明のステッピングモータについて、好適な実施例をあげて説明する。簡単な構造で、高トルク化と低コスト化、並びに、小型化及び薄型化を同時に可能にするという目的を達成するために、径方向周面に所定ピッチでＮ極とＳ極が交互に着磁されている円筒状の永久磁石を回転軸で支持してなる回転自在なロータと、前記永久磁石の磁極ピッチに応じたピッチを有して櫛歯状に配列されている複数の極歯を有し、該極歯を交互に噛み合わせてなる１組の環状ヨークを備えるステータと、該各環状ヨークの前記極歯を互いに異極に励磁する励磁コイルとからなり、前記円筒状の永久磁石を前記環状ヨークの外側に配置し、かつ、前記環状ヨークの各磁極を前記永久磁石の内周面と対向する外周面側に設けたことにより実現した。
【実施例】
【００２０】
図１は本発明に係る永久磁石型ステッピングモータの縦断面図で、図２は該ステッピングモータの要部構造を示す分解斜視図である。図１及び図２に示すように、ステッピングモータ１は、主に２組のステータ２，２と、１つのロータ３及びケース４とで構成されている。
【００２１】
各ステータ２は、鋼板を立体的にプレス成形してなるもので、図２に示すように、ドーナッツ状をなす本体部５の外周の一部を略直角に折り曲げ、該折り曲げた内周部分に複数の極歯６を櫛状に設けた、１組の環状をしたステータヨーク７，８を有している。そして、ステータヨーク７，８の中の、一方側(ステータヨーク７)の歯極６がもう一方側(ステータヨーク８)の極歯６と等間隔に噛み合うようにして、ステータヨーク７とステータヨーク８とを互いに組み合わせ、その際、環状のボビン９にマグネットワイヤーを巻回して作られている励磁コイル１０(図１参照)を、該１組のステータヨーク７，８との間に介装させ、励磁コイル１０を内包したステータ２として形成されている。
【００２２】
このようにして作られた２組のステータ２，２は、ケース４にそれぞれ固定されて取り付けられる。そのケース４は、一端部側が閉じられ、他端部側が開放された鋼板製のケース本体１１と、該ケース本体１１の開放された他端部側を閉じて該ケース本体１１に固定取り付けされる端蓋１２とでなる。また、ケース本体１１の閉端部側の外側面には、取付プレート１３が重ねられた状態で取り付けられている。さらに、ケース本体１１の閉端部及び取付プレート１３の各中央部と端蓋１２の中央部には、軸受１４，１５を固定している。そして、ステータ２，２の中の、一方のステータ２をケース本体１１の閉端部側の内面に該ケース本体１１と同心的に取り付け、もう一方側のステータ２を端蓋１２の内面に該端蓋１２と同芯的に取り付けている。
【００２３】
ロータ３は、鋼板を円板状にプレス抜きしてなる円板体１６と、該円板体１６の中央部を前後方向に貫通して、該円板体１６と一体回転可能に固定されている回転軸１７と、円板体１６の表裏面にそれぞれ回転軸１７と同芯的に接着剤にて取り付けられている１対の円筒状をした永久磁石１８，１８とからなる。したがって、円板体１６の表裏面にそれぞれ取り付けられた各永久磁石１８，１８は、円板体１６と反対側の端面が開放された状態になっている。その永久磁石１８の内径寸法はステータ２の外径寸法よりもわずかに大きく、永久磁石１８の内径寸法はケース本体１１の外径寸法よりも僅かに小さく形成されている。そして、各円筒状永久磁石１８，１８内には、ケース本体１１に取り付けられているステータ２及び端蓋１２に取り付けられているステータ２が、それぞれ開放されている
端面側から挿入させて収納できるようになっている。また、永久磁石１８の径方向周面には、図示しない着磁器を用いて、永久磁石１８の周方向にＮ極とＳ極が交互に着磁されている。この着磁では、１極が、ステータヨーク７，８の１つの極歯６の全面と対応するようにして、所定のピッチを有して設けられている。
【００２４】
次に、ステッピングモータ１の組立手順を説明する。先ず、ロータ３と該ロータ３の回転軸方向両側の離間した位置にワッシャ１９，１９を配置するように回転軸１７を挿入したロータ組立体を構成し、次に片側のステータ２を固定したケース本体１１内にロータ３を挿入し、回転軸１７をケース本体１１側の軸受１４に該ワッシャ１９を当接させて支持させるとともに、ケース本体１１のステータ２を片側の永久磁石１８内に収納させて、該ロータ組立体をケース本体１１に回転可能に取り付ける。続いて、他側のステータ２を固定した端蓋１２を取り付ける。端蓋１２の取り付けでは、該他側のステータ２を内側にし、かつ、軸受１５に回転軸１７を通しながら、端蓋１２をケース本体１１に近づけ、該端蓋１２のステータ２を前記他側の永久磁石１８内に収納させると、該端蓋２がケース本体１１の開放端を閉じた状態で、該ケース本体１１に取り付けられる。この際、該ワッシャ１９と軸受１５とは微小間隔離間して配置される。次いで、該端蓋２をケース本体１１に対してカシメ等により固定すると、組立が完了する。図１は、この組立後の状態を示しており、ロータ３は軸受１４，１５で回転可能に支持され、ステータ２，２はそれぞれ対応する永久磁石１８内に突出していて、永久磁石１８の内周面の磁極と極歯６とが微少間隔離間して対向された状態で、該ケース本体１１内に収納保持されている。
【００２５】
このように構成されたステッピングモータ１は、ロータ３がステータ２に励磁される磁束との相互作用により回転するので、各ステータ２の励磁コイル１０への位相をずらしたパルス信号の入力により、環状ヨーク(ステータヨーク７，８)の極歯６に励磁極を作り、該励磁極とロータ３(永久磁石８)の磁極との磁気吸引力または磁気反発力によって、ロータ３を一定の回転角だけ回転移動させる。これがパルス状の駆動電圧(パルス信号)が入る毎に順次繰り替えされ、ステッピング回転が行われる。
【００２６】
したがって、この実施例の構造によれば、円筒状の永久磁石１８をステータヨーク７，８(ステータ２)の外側に配置する構造とすることにより、永久磁石１８の径を大きくすることができるので、この大径化に伴って永久磁石１８の周面における磁極のピッチも大きくなり、高トルクが可能になる。また、永久磁石１８の製造時において、着磁器に対して永久磁石材料を着脱させる作業も簡単になり、作業性が向上する。
【００２７】
一方、極歯６は環状のステータヨーク７，８の外周部に形成するため、加工の自由度が得られ、極歯６のピッチを狭めた構造にする加工や、極歯６を小さくした構造にする加工等が簡単に行え、小型化と薄型化が可能になる。また、金型構造も簡単且つ、安価にできる。
【００２８】
さらに、永久磁石１８の磁力無駄がなくなり、１００％に近い状態で有効に利用することができるから、永久磁石１８自体のグレードを落としてコストの低減を図ることや、極歯６側の改善による小型・薄型化と共に永久磁石１８の改善による小型・薄型化も可能になる。
【００２９】
また、環状のステータヨーク７，８(ステータ２)を永久磁石１８の内側に配置することによって、励磁コイル１０を配置するスペースを大きく確保できるので、部品の配置密度を緩和して励磁コイルの温度上昇を抑えることができる。
【００３０】
なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。例えば、ロータ３の永久磁石１８を回転板１６を挟んで両側に取り付けた構造を開示したが、回転円板１６の片側にだけ永久磁石１８を取り付けるとともに、ケース本体１１または端蓋１２の何れか一方に、各ステータ２，２を背中合わせに積み重ねた状態にして取り付け、これを永久磁石１８の開放端側から挿入させて配置するようにしてもよい。また、ロータ３は円板体１６と円筒状をした永久磁石１８を磁性粉材料が添加された樹脂材料にて一体に形成し、その後、該ロータ３に着磁処理を施すことにより構成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係るステッピングモータの縦断面図。
【図２】同上ステッピングモータの要部構造を示す分解斜視図。
【符号の説明】
【００３２】
２    ステータ
３    ロータ
４    ケース
６    極歯
７    ステータヨーク(環状ヨーク)
８    ステータヨーク(環状ヨーク)
９    ボビン
１０  励磁コイル
１１  ケース本体
１２  端蓋
１４  軸受
１５  軸受
１６  円板体
１７  回転軸
１８  永久磁石
１９  ワッシャ
【図１】
2007124810.tif 000003
【図２】
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